2027年量产，韩国开发-120℃半导体低温冷水机

一款大容量工业冷水机现已研发完成，可在−120℃及以下温度下制冷，用于带走半导体制造过程中产生的热量。该设备以氮气作为制冷剂，全球变暖潜能值（GWP）为0，兼顾环保优势与大容量制冷能力。这项技术已经成熟，可在工业场景落地商用。

由韩国机械研究院（KIMM）碳中和能源机械研究所储能系统部负责人Junseok Ko博士带领的研究团队，研发出一套Turbo-Brayton低温制冷系统，可在−120℃及以下提供15千瓦制冷量。从核心零部件、系统设计，到设备制造、运行与控制，团队在整个研发流程中实现技术自主。

这套系统被集成到一台工业冷水机内，整机宽1.6米、深1.6米、高2.1米，相关性能已通过测试验证。随着半导体器件集成度持续提升，能够在晶圆表面刻蚀出深且高精度图形的刻蚀工艺愈发关键。这类工艺需要低温冷水机提供约−100℃的冷源，高效带走制程产热。但传统蒸汽压缩式冷水机大多使用高全球变暖潜能值的制冷剂，同时在提升制冷容量方面存在技术瓶颈。

韩国机械研究院自研低温冷水机进行制冷性能测试时，设备标识表面结霜。

无润滑油氮气制冷方案

为解决上述难题，研究团队采用Turbo-Brayton循环，依靠氮气的压缩与膨胀实现制冷。氮气作为制冷剂，GWP值为0，具备环保与安全优势。团队还将制冷系统工作压力控制在10个大气压以内，进一步提升设备安全性。

系统核心部件透平机械采用磁悬浮轴承技术，无需润滑油即可支撑转轴运转，转速可达每分钟6万转。在低温环境下，传统润滑油会凝固，容易造成设备故障或者性能衰减。团队自主开发无油透平机械，解决了这一痛点，能够灵活调控制冷温度与制冷量。同时整套系统结构精简紧凑，减少在工厂内的占地空间。

性能验证完成，计划2027年推出产品

研究团队开展的性能测试显示：冷水机开机30分钟内即可达到−120℃及以下低温，60分钟内达到15千瓦的目标制冷负载。额定工况下，设备耗电90千瓦，性能系数（COP）为0.167，该数值代表制冷量与耗电量的比值。这是韩国首次开发出达到商用标准的大容量Turbo-Brayton低温冷水机，并完成运行性能验证。

相比团队2024年的成果 —— 当时仅实现−100℃下超10千瓦制冷能力，本次技术实现升级，落地为可实际使用的工业冷水机。相关技术已转让给韩国半导体冷水机厂商CHAGO ENGINEERING Co., Ltd.，产品预计2027年发布，有望应用于半导体刻蚀设备以及其他需要大容量低温制冷的行业。

韩国机械研究院Junseok Ko博士团队研发的Turbo-Brayton低温冷水机。

向更低温度持续攻关

自2018年起，韩国机械研究院储能系统部持续开展Turbo-Brayton低温制冷技术研究，目前已经掌握可低至−200℃的大容量工业制冷技术。该部门计划分阶段研发能够达到−250℃、−269℃的制冷技术，拓展至超导、航天、氢能、量子技术、核聚变等未来产业。

KIMM储能系统部负责人Ko表示：“我们从2024年定下研发工业冷水机的目标，研究人员持续攻关，把技术推进到可以商用的水平。” 他补充道：“以此成果为基础，我们会继续开发工业低温制冷技术，不仅服务半导体制造，也面向各类前景广阔的未来产业。”